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JP6190467B2 - Optical fiber type biomedical sensor system and blood vessel insertion type distributed pressure measuring device - Google Patents

Optical fiber type biomedical sensor system and blood vessel insertion type distributed pressure measuring device Download PDF

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JP6190467B2 JP2015543732A JP2015543732A JP6190467B2 JP 6190467 B2 JP6190467 B2 JP 6190467B2 JP 2015543732 A JP2015543732 A JP 2015543732A JP 2015543732 A JP2015543732 A JP 2015543732A JP 6190467 B2 JP6190467 B2 JP 6190467B2
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Description

本発明は、医療用の計測システムに関し、特に光ファイバケーブルにより温度、圧力、歪分布を測定する分布型光ファイバセンサシステムを使用して、血圧などの生体の情報を収集し、解析することにより、生体の診断情報を提供する光ファイバ式生体診断用センサシステム、及び血圧等を測定する血管挿入式分布圧力測定装置に関するものである。   The present invention relates to a medical measurement system, and more particularly, by collecting and analyzing biological information such as blood pressure using a distributed optical fiber sensor system that measures temperature, pressure, and strain distribution using an optical fiber cable. The present invention relates to a fiber optic biodiagnostic sensor system that provides biological diagnostic information, and a blood vessel insertion type distributed pressure measuring device that measures blood pressure and the like.

従来、PCI(percutaneous transluminal coronary angioplasty、経皮的冠動脈形成術)の圧力あるいは流速の測定においては、冠血流予備量比(FFR:fractional flow reserve)が重要な診断指標として使用されている。ここで、PCIとは、虚血性心疾患に対して行われる治療法で、アテローム(atheroma、脂質、カルシウムや様々な繊維性結合を含んだ細胞や細胞の死骸から構成された動脈血管内での蓄積物、固まり)等により、狭窄した心臓の冠状動脈を拡張し血流の増加を図る治療法である。FFRとは、この狭窄病変による血流阻害の程度を知る指標であり、病変遠位部の血流量の正常時の値に対する割合で示される量である。具体的には、狭窄病変の大動脈(近位部)の圧力(Pa)と、遠位部の冠内圧(Pd)を測定し、Pd/Paから求められる。
このことを、図6を用いてもう少し詳しく説明する。図6(a)は、血管中に生じた狭窄病変を示す模式図で矢印は血流方向を表す。図6(b)は、図6(a)に対応した血管内の圧力変化のモデル図である。図6(b)において、縦軸は血管内最大脈動圧力を、横軸は光ファイバ長(Lof)を示す。ここで、光ファイバ長とは、光ファイバの所定の始点をゼロとした場合における始点からセンサ先端位置までの距離である。また、病変部Pc1に対応する位置を狭窄位置S1、病変部Pc2に対応する位置を狭窄位置S2とすると、これらの位置で血管内圧力(血圧)はそれぞれ図中に示したように基準圧P(上記のPaに相当)から漸減する。この漸減後の狭窄位置S1での圧力をP、狭窄位置S2での圧力をPとすると、P/P、およびP/Pを、それぞれの位置での冠血流予備量比(FFR)と呼んでいる。そして、この値が0.75以下の場合に、上記PCIが適用される。通常、上記Paはガイディングカテーテルの先端で測定され、Pdはプレッシャーワイヤーと呼ばれる専用のカテーテル先端の圧力センサで測定される。
この場合においては、多箇所の狭窄部などの単一箇所に止まらない症状、あるいはステント(stent)を装着した後の情報としての生理的状況を判断するためには、PCIにおける圧力あるいは流速測定を一点での値ではなく、分布として求めることが要望されている。
Conventionally, in the measurement of pressure or flow velocity in PCI (percutaneous transluminal coronary angioplasty), the coronary flow reserve ratio (FFR) is used as an important diagnostic index. Here, PCI is a treatment method for ischemic heart disease, and is accumulated in arterial blood vessels composed of cells containing atheroma, lipids, calcium and various fibrous bonds, and dead bodies of cells. This is a treatment that expands the coronary arteries of the stenotic heart by increasing the blood flow. FFR is an index for knowing the degree of blood flow inhibition due to this stenotic lesion, and is an amount expressed as a ratio with respect to the normal value of the blood flow at the distal portion of the lesion. Specifically, the pressure (Pa) of the aorta (proximal part) of the stenotic lesion and the intracoronary pressure (Pd) of the distal part are measured and obtained from Pd / Pa.
This will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 6A is a schematic diagram showing a stenotic lesion occurring in a blood vessel, and an arrow indicates a blood flow direction. FIG. 6B is a model diagram of the pressure change in the blood vessel corresponding to FIG. In FIG. 6B, the vertical axis indicates the maximum pulsation pressure in the blood vessel, and the horizontal axis indicates the optical fiber length (Lof). Here, the optical fiber length is the distance from the start point to the sensor tip position when the predetermined start point of the optical fiber is zero. If the position corresponding to the lesioned part Pc1 is the stenosis position S1, and the position corresponding to the lesioned part Pc2 is the stenosis position S2, the intravascular pressure (blood pressure) at these positions is the reference pressure P as shown in the figure. Gradually decrease from 0 (corresponding to Pa above). Assuming that the pressure at the stenosis position S1 after the gradual decrease is P 1 and the pressure at the stenosis position S2 is P 2 , P 1 / P 0 and P 2 / P 0 are the coronary blood flow reserve amounts at the respective positions. It is called the ratio (FFR). The PCI is applied when this value is 0.75 or less. Usually, Pa is measured at the tip of a guiding catheter, and Pd is measured by a pressure sensor at the tip of a dedicated catheter called a pressure wire.
In this case, in order to determine the symptom that does not stop at a single location, such as multiple stenosis, or the physiological situation as information after the stent is attached, pressure or flow rate measurement in PCI is performed. There is a demand for obtaining a distribution instead of a single value.

さらに詳細に言えば、心臓弁膜のサイズ、冠動脈狭窄部の軸方向サイズを考慮すれば、軸方向の圧力分布等の測定には、3mm−5mm程度の分解能が望まれる。また、測定するためのプローブ径は、冠動脈(細径)、心臓弁膜を通すためには、細いほどよく(例えば0.4mmφ以下)、測定に適したプローブとしては、適切な剛性を持ち、かつ、光ファイバを支持する機構を持つものが必要となる。以上の内容を考慮すれば、本測定目的を果たすためには、複数のファイバを用いた場合、ファイバの外径仕様0.4mmφ以下を満足することは困難である。さらに、患部の圧力測定に加え、温度、流速などを同時に測定でき、心臓の拍動に影響を及ぼすことなく測定を行うためには、電気的センサを用いないセンサの使用など多機能なセンサであることが求められる。   More specifically, in consideration of the size of the heart valve and the axial size of the coronary artery stenosis, a resolution of about 3 mm to 5 mm is desired for measuring the axial pressure distribution and the like. In addition, the probe diameter for measurement is better for the coronary artery (thin diameter) and the heart valve membrane to be thinner (for example, 0.4 mmφ or less), and has a suitable rigidity as a probe suitable for measurement, and A device having a mechanism for supporting an optical fiber is required. Considering the above contents, it is difficult to satisfy the fiber outer diameter specification of 0.4 mmφ or less when a plurality of fibers are used in order to fulfill this measurement purpose. Furthermore, in addition to measuring the pressure of the affected area, temperature, flow rate, etc. can be measured at the same time, and in order to measure without affecting the heartbeat, a multifunctional sensor such as the use of a sensor that does not use an electrical sensor is used. It is required to be.

従来、このような目的に使用される光ファイバセンサとしてFBG(Fiber Bragg Grating)センサがあるが、このセンサはFBGをファイバ内に加工する必要があった。また、本来、このセンサの機能は光ファイバの伸び、あるいは熱変形を通じての温度計測であり、純粋に圧力のみの測定を取り出して測定することは困難であった、また、これまでの提案に加え、圧力をFBGに感知させる箇所に圧力転換機構を設置する必要があり、連続的な圧力測定ができていない。
また、圧力以外の他の項目を測定可能な多機能化(マルチ測定機能)の仕様を満足するためには、ファイバ本数は3本以上の複数本必要となり、細径の要求を満足させるには障害となっていた(例えば特許文献1参照)。
また、FBGとFBG間のファイバ部分にはセンサ機能がないため、基本的に連続する信号を測定することは困難であった(例えば非特許文献1参照)。
Conventionally, there is an FBG (Fiber Bragg Grating) sensor as an optical fiber sensor used for such a purpose, but this sensor needs to process the FBG into the fiber. In addition, the function of this sensor was originally to measure temperature through elongation of the optical fiber or thermal deformation, and it was difficult to take out only pure pressure measurements, and in addition to the previous proposals It is necessary to install a pressure conversion mechanism at a location where the FBG senses pressure, and continuous pressure measurement is not possible.
In addition, in order to satisfy the specifications for multi-functionalization (multi-measuring function) that can measure items other than pressure, more than three fibers are required. There was an obstacle (see, for example, Patent Document 1).
In addition, since the fiber portion between the FBG and the FBG does not have a sensor function, it is basically difficult to measure a continuous signal (see, for example, Non-Patent Document 1).

さらに温度および圧力の迅速なマルチポイントおよび多重パラメータ測定は、FBG部位へのZn金属蒸着等の被覆により可能としているが、センサ感度が十分ではない。また、医療用に使用される測定用ケーブルを内蔵したカテーテルの形状が変化することにより、測定用ケーブルに歪が発生するが、この歪による周波数変化は圧力による周波数変化より大きく、圧力信号と歪信号との区別が困難である。   Furthermore, rapid multipoint and multiparameter measurements of temperature and pressure are possible by coating the FBG site with Zn metal deposition or the like, but the sensor sensitivity is not sufficient. In addition, a change in the shape of the catheter containing the measurement cable used for medical purposes causes distortion in the measurement cable. The frequency change due to this distortion is larger than the frequency change due to pressure, and the pressure signal and distortion are increased. Difficult to distinguish from signal.

上記の点を改善するため、単一のプローブを用いたセンサシステムがある。これは4個のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)光学センサを用いた圧力と流量を測定するためのセンサシステムであるが、圧力測定のため、センサ取り付け位置に対応してプローブ表面に開口を必要とするため、ある程度間隔を置いた限られた数点でしか測定ができず、実際に使用する場合に支障が大きい。また、複数の光学センサが必要であり、細径化する上で不利である。   In order to improve the above point, there is a sensor system using a single probe. This is a sensor system for measuring pressure and flow rate using four micro electro mechanical systems (MEMS) optical sensors, but it requires an opening on the probe surface corresponding to the sensor mounting position for pressure measurement. Therefore, the measurement can be performed only at a limited number of points with a certain interval, which causes a great trouble in actual use. In addition, a plurality of optical sensors are required, which is disadvantageous in reducing the diameter.

また、図18に示すように、プローブ表面の圧力センシング部位に複数の開口(図18の断面A1A1、断面B1B1、断面C1C1参照)を必要とするなど、構造が複雑であるため、使用の際の安全性の観点から問題を含んでおり、さらに、多機能化のため、別のセンサである電気式センサを併用する場合には、心肺への影響を考慮しなければならない(例えば特許文献2参照)。   Further, as shown in FIG. 18, since the structure is complicated, such as requiring a plurality of openings (refer to cross section A1A1, cross section B1B1, and cross section C1C1 in FIG. 18) in the pressure sensing portion on the probe surface, There is a problem from the viewpoint of safety. Further, for the purpose of multi-functionality, when an electric sensor, which is another sensor, is used in combination, the influence on the cardiopulmonary system must be taken into consideration (for example, see Patent Document 2). ).

上記に加えて、従来の技術では、血管内の圧力測定等においては、さらに、以下のような一般的な使用上の問題点がある。1点目は、上記センサによる測定が1点での測定であり分布測定ではないため、測定点数がセンサの数により制限され、有限であること。2点目は、上記のように複数センサによる測定が必要となるが、測定点が数点に限られているため、プローブを移動させずに測定できる血管の長さが短くなること。3点目は、複数のセンサが必要であることからプローブ径がある程度以上は小さくできないこと、また、センサ構造が複雑であることなどにより複数の病変箇所を有する血管狭窄症の測定は困難であること。4点目は、基本的に感度の異なる複数のファイバを利用するため、センサ感度のばらつきによる影響があること、また、センサは一時利用品、使い捨てとなるにも関わらず、感度にばらつきがあるため、センサとしては全品のキャリブレーションが必要になり、量産に向かず無駄が多くなるなどである。このような点から実用的には従来技術によるセンサを血管内の圧力測定等におけるセンサとして用いるのは困難と考えられる。   In addition to the above, the conventional technique further has the following general problems in use in measuring the pressure in the blood vessel. The first point is that the number of measurement points is limited by the number of sensors because the measurement by the sensor is a single point measurement and not a distribution measurement. The second point requires measurement by a plurality of sensors as described above. However, since the number of measurement points is limited to several, the length of the blood vessel that can be measured without moving the probe is shortened. The third point is that it is difficult to measure vascular stenosis having a plurality of lesions because the probe diameter cannot be reduced to a certain extent because a plurality of sensors are required, and the sensor structure is complicated. about. The fourth point is that there is an influence due to variations in sensor sensitivity because a plurality of fibers having different sensitivities are basically used, and there is a variation in sensitivity even though the sensor is temporarily used or disposable. For this reason, all sensors need to be calibrated, which is not suitable for mass production and increases waste. From this point of view, it is considered practically difficult to use a sensor according to the prior art as a sensor for measuring pressure in a blood vessel.

国際公開WO2011/048509A1International Publication WO2011 / 048509A1 国際公開WO2013/061281A1International publication WO2013 / 061281A1 特開2010−216877号公報JP 2010-216877 A

Stephen Kreger,Alex Sang,Naman Grag and Julia Michel,”High-resolution distributed fiber-optic sensing for dynamic structural monitoring”SPIE Newsroom.,14 June 2013, DOI:10.1117/2.1201305.004826Stephen Kreger, Alex Sang, Naman Grag and Julia Michel, “High-resolution distributed fiber-optic sensing for dynamic structural monitoring” SPIE Newsroom., 14 June 2013, DOI: 10.1117 / 2.1201305.004826 Robert O. Bonow et.al, Braunwald’s Heart Disease:A Textbook of Cardiovascular Medicine”ninth edition, ELSEVIER SAUNDERS,2012Robert O. Bonow et.al, Braunwald ’s Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine ”ninth edition, ELSEVIER SAUNDERS, 2012 日本機械学会、機械工学便覧デザイン編β8生体工学、社団法人日本機械学会、2007年、pp.65−75。Japan Society of Mechanical Engineers, Mechanical Engineering Handbook Design Edition β8 Bioengineering, The Japan Society of Mechanical Engineers, 2007, pp. 65-75.

以上説明したように、PCIにおける所望の測定を実施するためには(例えば冠血流予備量比(FFR)を計測するためには)、マルチ機能を有する複数のファイバが必要であり、また、圧力を分離して測定できることが必要であるが、上述のような従来の技術では、圧力測定の際、無機ガラス系光ファイバの歪の感度が圧力感度に比べて桁違いに大きいため、これによる誤差が大きく、圧力を直接測定することができない。
また、複数のセンサを用いれば多点での計測は可能であるが、連続した計測が困難なため取得すべきデータに漏れが生じ、また複数のセンサ間でセンサ感度のばらつきがある。これらにより病状を的確に把握できない恐れがある。
さらに、光ファイバに人工的にFBGを作製したため、光ファイバの本来有するセンシング機能などの機能を利用することができない場合が生じる。
As described above, in order to perform a desired measurement in PCI (for example, to measure the coronary flow reserve ratio (FFR)), a plurality of fibers having multiple functions are required, and Although it is necessary to be able to measure the pressure separately, in the conventional technique as described above, the strain sensitivity of the inorganic glass-based optical fiber is much larger than the pressure sensitivity when measuring the pressure. The error is large and the pressure cannot be measured directly.
Further, if a plurality of sensors are used, measurement at multiple points is possible. However, since continuous measurement is difficult, data to be acquired leaks, and sensor sensitivity varies among the plurality of sensors. There is a possibility that the medical condition cannot be accurately grasped by these.
Furthermore, since the FBG is artificially manufactured in the optical fiber, there is a case where functions such as a sensing function inherent in the optical fiber cannot be used.

上記のような従来技術に対して、光ファイバをセンサとして用いて、被測定体の圧力と歪など、2つ以上の物理量を同時に分離して、独立の測定パラメータとしてその分布を測定する計測法が知られている。この計測方法は、ブリルアン、レイリー散乱の周波数変化、あるいは位相変化を用いるもので(例えば、特許文献3参照)、光ファイバがセンサとして歪、温度、圧力など種々の物理量に反応することを利用するものである。さらに、光ファイバが歪、温度、圧力に同時に反応する性質を利用するものがあり、これについて以下もう少し詳しく説明する。   In contrast to the above-described conventional techniques, a measurement method that uses an optical fiber as a sensor, simultaneously separates two or more physical quantities such as pressure and strain of a measured object, and measures its distribution as independent measurement parameters It has been known. This measurement method uses a Brillouin or Rayleigh scattering frequency change or phase change (see, for example, Patent Document 3), and utilizes the fact that an optical fiber responds to various physical quantities such as strain, temperature, and pressure as a sensor. Is. Furthermore, some optical fibers utilize the property of simultaneously reacting to strain, temperature, and pressure, which will be described in more detail below.

具体的には、ブリルアン、レイリー散乱光の2つの散乱光の周波数変化を組み合わせて、圧力と歪と温度を同時に計測するものがあり、例えば、以下に示す式で評価される。すなわち、ブリルアン散乱の周波数シフトΔν、およびレイリー散乱の周波数シフトΔνをハイブリッドに利用する測定法において、各周波数シフトと歪、温度、圧力変化の関係式は光ファイバの感度係数Cij(i=1〜2、j=1〜3)を用いて式(1)、式(2)のように表される。この式において、通常、ΔPの感度が他の2項目に比較して小さいので(特許文献3参照)、ここでは、圧力を直接測定することは断念し、逆に血液の圧力を光ファイバに与えないように、式(1)、(2)を式(3)、(4)に簡素化した式で評価することとし、さらに、連続的に血液の圧力を光ファイバの歪に転換する構造体(図3中の符号4参照)を設置することにより、圧力の分布を高精度測定する方法を提案する。本発明は、無機ガラス系の光ファイバにおいて、歪を測定することで圧力を特定する技術を提案するものであるが、有機光ファイバの場合には、式(1)と式(2)から直接圧力を測定することも可能である。

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そして、さらに、Δε、ΔTの初期値ε、Tが与えられれば、上記で求めたΔε、ΔTから、これらの値が、例えば光ファイバの長尺方向の位置に対して連続した値(である分布値)として測定されることから、所定の位置におけるε、Tの値が求まることになる。Specifically, there is one that measures the pressure, strain, and temperature at the same time by combining frequency changes of two scattered lights of Brillouin and Rayleigh scattered light, and is evaluated by the following formula, for example. That is, in the measurement method using the frequency shift Δν B of Brillouin scattering and the frequency shift Δν R of Rayleigh scattering in a hybrid, the relational expression of each frequency shift and strain, temperature, and pressure change is the sensitivity coefficient C ij (i = 1 to 2 and j = 1 to 3), it is expressed as Expression (1) and Expression (2). In this equation, since the sensitivity of ΔP is usually small compared to the other two items (see Patent Document 3), here, it is abandoned to directly measure the pressure, and conversely, blood pressure is applied to the optical fiber. So that the expressions (1) and (2) are evaluated by the expressions simplified to the expressions (3) and (4), and the blood pressure is continuously converted into the strain of the optical fiber. (Refer to reference numeral 4 in FIG. 3), a method for measuring the pressure distribution with high accuracy is proposed. The present invention proposes a technique for specifying a pressure by measuring strain in an inorganic glass-based optical fiber. In the case of an organic optical fiber, the present invention directly relates to equations (1) and (2). It is also possible to measure the pressure.
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Further, if initial values ε 0 , T 0 of Δε, ΔT are given, these values are continuous values with respect to the position in the longitudinal direction of the optical fiber, for example, from Δε, ΔT determined above ( Therefore, the values of ε and T at a predetermined position are obtained.

さらに詳しくは、このようなハイブリッド技術による多変数の同時測定では、レイリー散乱による周波数シフトΔνとブリルアン散乱による周波数シフトΔνとを同時に測定し、さらに測定精度を上げるため、レイリー散乱を用い、ブリルアン散乱の周波数シフトΔνをフィルタリング処理して誤差を削減する場合がある。各周波数シフトと圧力の関係の測定例を図1に示す。この場合、ハイブリッド計測法として例えばTW−COTDR(Tunable Wavelength Coherent Optical Time Domain Reflectometry)法、BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)法などを用いると、歪の精度は0.079με、温度精度は0.009℃を達成することが可能である。なお、測定精度は、レーザー周波数誤差の値(例えば12MHz)まで保証される。ちなみに、この周波数測定精度は、式(1)と式(2)において、歪と温度の変化を無視しないときの圧力の精度19kPa(=3psi)に相当する。More specifically, in multi-variable simultaneous measurement by such hybrid technology, the frequency shift Δν R due to Rayleigh scattering and the frequency shift Δν B due to Brillouin scattering are simultaneously measured, and in order to further improve the measurement accuracy, Rayleigh scattering is used, An error may be reduced by filtering the Brillouin scattering frequency shift Δν B. A measurement example of the relationship between each frequency shift and pressure is shown in FIG. In this case, for example, when a TW-COTDR (Tunable Wavelength Coherent Optical Time Domain Reflectometry) method, a BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) method, or the like is used as the hybrid measurement method, the distortion accuracy is 0.079 με and the temperature accuracy is 0.009. It is possible to achieve ° C. The measurement accuracy is guaranteed up to the value of the laser frequency error (for example, 12 MHz). Incidentally, this frequency measurement accuracy corresponds to the pressure accuracy 19 kPa (= 3 psi) when the change in strain and temperature is not ignored in the equations (1) and (2).

また、光ファイバの被覆材(保護膜、具体的には例えばPFA、すなわち、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)が圧力を受けたとき、体積変化の軸方向効果が光ファイバの軸方向の歪に影響を及ぼし、被覆材がガラスより剛性が低いとき、被覆により厚みを増すことで、見掛け上、圧力感度を上げることができる(図2参照)。ただし、血管挿入要求の最大0.4mmφ程度までは、見掛けの圧力感度は0.25mmφのデータとほぼ等しく、実際には、それほど見掛け上の圧力感度は上がらない。   In addition, when the optical fiber coating material (protective film, specifically, for example, PFA, that is, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) is subjected to pressure, the axial effect of volume change is the axis of the optical fiber. When the coating material has a lower rigidity than glass because it affects the strain in the direction, the pressure sensitivity can be apparently increased by increasing the thickness by the coating (see FIG. 2). However, until the maximum blood vessel insertion requirement of about 0.4 mmφ, the apparent pressure sensitivity is almost equal to the data of 0.25 mmφ, and in fact, the apparent pressure sensitivity does not increase so much.

ところで、本願発明に関わる冠血流予備量比(FFR)を測定する場合について検討すると、測定すべき圧力範囲は、−4.0〜40.0kPa(−30〜300mmHg)、1℃当たりの熱効果は、±40.0Pa/℃である。その精度については、−4.0〜6.7kPa(−30〜50mmHg)では、±0.1kPa(=±1%)、−6.7〜40.0kPa(−50〜300mmHg)では、±0.3kPa(=±3%)程度の値が要求される(非特許文献2参照)。
また、使用できるカテーテルの外径は、好ましくは0.46mmφ以下とされている(特許文献2参照)。
By the way, when the case of measuring the coronary flow reserve ratio (FFR) related to the present invention is examined, the pressure range to be measured is −4.0 to 40.0 kPa (−30 to 300 mmHg), heat per 1 ° C. The effect is ± 40.0 Pa / ° C. The accuracy is ± 0.1 kPa (= ± 1%) at −4.0 to 6.7 kPa (−30 to 50 mmHg), and ± 0 at −6.7 to 40.0 kPa (−50 to 300 mmHg). A value of about 3 kPa (= ± 3%) is required (see Non-Patent Document 2).
The outer diameter of the catheter that can be used is preferably 0.46 mmφ or less (see Patent Document 2).

上記の測定すべき圧力の精度は、本願で適用を予定しているブリルアン、レイリー散乱光の二つを組み合わせたハイブリッド計測法により、圧力と歪と温度を同時に計測する手法における圧力精度と比較した場合には、光ファイバの被覆材の効果がそれほど期待できないため、センサである光ファイバが通常の形では圧力の測定精度を満足できない可能性がある。   The accuracy of the pressure to be measured was compared with the pressure accuracy in the method of measuring pressure, strain and temperature simultaneously by the hybrid measurement method combining Brillouin and Rayleigh scattered light, which is planned to be applied in this application. In this case, since the effect of the optical fiber coating material cannot be expected so much, there is a possibility that the pressure measurement accuracy cannot be satisfied if the optical fiber as a sensor is in a normal shape.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、光ファイバを用いて被測定体の温度と圧力を転換された歪など2つ以上の物理量が混在した計測データを同時に測定し、この測定データを解析することにより、被測定対象の2つ以上の物理量を分離して独立の測定パラメータとして計測すること、及び多機能な測定を2本以下の少ない本数の光ファイバで実現することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and simultaneously measures measurement data in which two or more physical quantities such as strain obtained by changing the temperature and pressure of a measured object are mixed using an optical fiber. By analyzing this measurement data, two or more physical quantities of the object to be measured can be separated and measured as independent measurement parameters, and multifunctional measurement can be realized with a small number of optical fibers of two or less. It is intended to do.

本発明に係る血管挿入式分布圧力測定装置は、
生体の血管中に挿入され、被測定体の所定箇所の温度と圧力の分布を計測するものであって、
外圧により変形し被測定体を内部に侵入させない外層と、
温度、及び歪により変形するシングルモード光ファイバと、
このシングルモード光ファイバと中心軸部分または外周部分で接するように配置され、前記外層に負荷される圧力を伝播し、その圧力分布を前記シングルモード光ファイバの歪に連続的に変換するとともに、前記シングルモード光ファイバの一部に複数箇所で固定されるか、前記シングルモード光ファイバの一部と複数箇所で接して周囲圧力を比例的に前記シングルモード光ファイバの中心軸方向の伸び量に変換する構造体であって、外径が0.
4mm以下のカテーテル全体の剛性を支持し、このカテーテルのガイド部分であるジェーチップと前記カテーテルの操作ハンドルを繋いで、この操作ハンドルの操作により回転可能な構造体と、
を備えたものである。
The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device according to the present invention is:
It is inserted into the blood vessel of a living body and measures the temperature and pressure distribution at a predetermined location of the measured object,
An outer layer that is deformed by external pressure and does not allow the object to be measured to enter the interior;
A single-mode optical fiber that is deformed by temperature and strain;
The single mode optical fiber is disposed so as to be in contact with the central axis portion or the outer peripheral portion, propagates the pressure applied to the outer layer, continuously converts the pressure distribution into the strain of the single mode optical fiber, and either fixed at a plurality of points in a part of the single-mode optical fiber, the elongation of the center axis of the part and proportionally said single mode optical fiber ambient pressure and contact at a plurality of locations of said single-mode optical fiber A structure to be converted, the outer diameter of which is 0.
A structure that supports the rigidity of the entire catheter of 4 mm or less, connects the catheter tip that is the guide portion of the catheter and the operation handle of the catheter, and is rotatable by the operation of the operation handle .
It is equipped with.

本発明の血管挿入式分布圧力測定装置によれば、被測定部位が複数箇所であっても、一度に精度よく測定することが可能である。また、多機能な測定を2本以下の少ない本数の光ファイバで実現することができるという効果を奏する。また、従来よりも細い血管であっても測定が可能となり、測定プローブ外周に孔などを空ける必要がないため、生体診断用のデータ取得の際、生体を傷付ける恐れがより少なく、より安全な測定が可能である。さらに、本発明の血管挿入式分布圧力測定装置を備えた光ファイバ式生体診断用センサシステムによれば、被測定対象の複数の物理量を分離して独立の測定パラメータとして精度よく連続して計測することができる。 According to the blood vessel insertion type distributed pressure measuring apparatus of the present invention, even if there are a plurality of measurement sites, it is possible to measure accurately at a time. In addition, there is an effect that multifunctional measurement can be realized with a small number of optical fibers of two or less. In addition , measurement is possible even for blood vessels that are thinner than conventional ones, and there is no need to make holes around the measurement probe, so there is less risk of damaging the living body when acquiring data for biodiagnosis, and safer measurement Is possible. Furthermore, according to the optical fiber type biomedical sensor system equipped with the blood vessel insertion type distributed pressure measuring device of the present invention, a plurality of physical quantities of a measurement target are separated and measured continuously with high accuracy as independent measurement parameters. be able to.

光ファイバのレイリー散乱による周波数シフトとブリルアン散乱による周波数シフトと圧力の関係の測定例を表す図である。It is a figure showing the example of a measurement of the frequency shift by Rayleigh scattering of an optical fiber, the frequency shift by Brillouin scattering, and a pressure. 光ファイバ径を変化させた場合のレイリー散乱による周波数シフトと圧力の関係の測定例を表す図である。It is a figure showing the example of a measurement of the relationship between the frequency shift by Rayleigh scattering at the time of changing an optical fiber diameter, and a pressure. 本発明の実施の形態1に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor system for optical fiber type biodiagnosis which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの測定、解析、表示手順とその概要を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the measurement, analysis, and display procedure of the sensor system for optical fiber type biodiagnosis concerning Embodiment 1 of the present invention, and the outline. FFR判定を行う場合のフローチャートである。It is a flowchart in the case of performing FFR determination. 血管の狭窄病変部を示すモデル図及びこの狭窄病変位置での圧力変化のモデル図である。It is a model figure which shows the stenosis lesion part of a blood vessel, and a model figure of the pressure change in this stenosis lesion position. 本発明の実施の形態1に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの基本となるセンサ部分を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the sensor part used as the basis of the sensor system for optical fiber type biodiagnosis based on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光ファイバ構造材の感度評価モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the sensitivity evaluation model of the optical fiber structure material which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムのセンサ部分の光ファイバ構造材の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the optical fiber structure material of the sensor part of the optical fiber type biodiagnosis sensor system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical fiber type biomedical sensor system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムのセンサ部分の説明図である。It is explanatory drawing of the sensor part of the sensor system for optical fiber type biodiagnosis concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの測定、解析、表示手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the measurement, analysis, and display procedure of the optical fiber type biodiagnostic sensor system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの他のセンサ部分の説明図である。It is explanatory drawing of the other sensor part of the optical fiber type biopsy sensor system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor system for optical fiber type biodiagnosis concerning Embodiment 3 of this invention. 心臓の脈動を説明するためのモデル図である。It is a model figure for demonstrating the pulsation of the heart. 本発明の実施の形態1〜3の光ファイバ式生体診断用センサシステムの他の光ファイバ構造材の説明図であるIt is explanatory drawing of the other optical fiber structure material of the optical fiber type biomedical sensor system of Embodiment 1-3 of this invention. 発明の実施の形態1〜3の光ファイバ式生体診断用センサシステムのさらに他の光ファイバ構造材の説明図であるIt is explanatory drawing of the other optical fiber structural material of the sensor system for optical fiber type biodiagnosis of Embodiment 1-3 of invention. 従来の生体診断用センサシステムに用いられるセンサ部分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor part used for the conventional sensor system for biodiagnosis.

以下、図を用いて、本発明の光ファイバ式生体診断用センサシステムについて説明する。なお、各図において同一の符号を付したものは、同一であることを示し、その説明を省略する。   Hereinafter, the optical fiber type biomedical sensor system of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same, The description is abbreviate | omitted.

実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1である光ファイバ式生体診断用センサシステムについて、図3を用いて説明する。本実施の形態1に示すシステムは、本発明の光ファイバ式生体診断用センサシステムの基本となるシステムである。
本センサシステムは、測定対象とする生体の血管内に挿入された本システムの構成要素である血管挿入式分布圧力測定装置(本発明では、以下これを「カテーテル」と呼ぶ)1の内部に装着された、センサ機能を要する光ファイバから得たセンサ出力を、生体診断を行うための基礎となるデータとして記憶するとともに、このデータを解析し表示するものである。
図において、カテーテル1の先端には、このカテーテルの血管への挿入を容易にするためのガイド部分であるジェーティップ(以下「Jティップ」と記載する)2が装備され、このJティップ2は先端がカテーテルの軸に対して傾斜し、その後端部でSUSなどの金属製の構造体4と接続されている。なお場合によっては、Jティップ2の後端部に繋がるセンサ先端部分の外周に対応する外層部分においては、ゴム製の外層に代わりに、螺旋状のワイヤが用いられる場合もある(後ほど詳しく説明する)。また、カテーテル1の表面はゴム、あるいは人体への悪影響がない柔らかい皮膚材で製造された外層5があり、被測定体である血液は外層5を通過しないが、血液の圧力は柔らかい外層5を通して構造体4に伝わる。構造体4は負荷された圧力を長手方向の伸びに転換する機能を有しており、その内部にあるセンサ機能を有するシングルモード光ファイバ(以下SMファイバと略記する)3に、上述の長手方向の伸びの変形を生じさせる。上記カテーテル1には、手元部分にカテーテルの主要な動きを操作する操作ハンドル6が設けられている。SMファイバ3は直接血液と接触しないが、構造体4の伸びが血液の圧力と比例しているため、SMファイバ3の軸ひずみは、被測定体である血液の圧力と比例、あるいは換算することができる。なお、場合によっては、生体への挿入部分の生体表面においてカテーテル1の生体への挿入をガイドするジャケット(図示せず)が、カテーテル1の外周部に設けられる。
実際には、測定部位や病気の患者では、血管全体の温度は一定でないことが通常であり、温度の不均一性を考慮した測定方法が求められる。すなわち、圧力を測定する際には、温度測定も行うことが可能でなければならない。
そして、このSMファイバ3で検出されたセンサ出力は、カテーテル1と測定機8とを接続する多芯SMファイバ7を通じて、測定機8でブリルアン散乱の周波数シフトΔν、レイリー散乱の周波数シフトΔν等の信号として測定されて(必要に応じ同期信号により同期処理されて)、血管中の血液の温度、並びに換算された血圧等の分布データとしてデータメモリ9に出力される。その後、データメモリ9に蓄積されたデータは、解析/表示装置10により解析され、所望のデータである診断用データとして冠血流予備量比(FFR)などが求められ、診断対象部位の血圧分布データが信号データとして出力されるとともに、必要に応じて図表として解析/表示装置10に備えられた表示器等に表示される。
Embodiment 1 FIG.
First, the optical fiber type biodiagnostic sensor system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The system shown in the first embodiment is a basic system of the sensor system for optical fiber biodiagnosis of the present invention.
This sensor system is mounted inside a blood vessel insertion type distributed pressure measuring device (hereinafter referred to as “catheter” in the present invention) 1 which is a component of the system inserted into a blood vessel of a living body to be measured. The sensor output obtained from the optical fiber that requires the sensor function is stored as data serving as a basis for performing a biological diagnosis, and this data is analyzed and displayed.
In the figure, the tip of the catheter 1 is equipped with a jet tip (hereinafter referred to as “J tip”) 2 which is a guide portion for facilitating insertion of the catheter into a blood vessel. Is inclined with respect to the axis of the catheter, and is connected to a metal structure 4 such as SUS at the rear end thereof. In some cases, in the outer layer portion corresponding to the outer periphery of the sensor tip portion connected to the rear end portion of the J tip 2, a spiral wire may be used instead of the rubber outer layer (described in detail later). ). Further, the surface of the catheter 1 has an outer layer 5 made of rubber or a soft skin material that does not adversely affect the human body, and blood to be measured does not pass through the outer layer 5, but the blood pressure passes through the soft outer layer 5. It is transmitted to the structure 4. The structure 4 has a function of converting a loaded pressure into an extension in the longitudinal direction, and a single mode optical fiber (hereinafter abbreviated as an SM fiber) 3 having a sensor function inside thereof is added to the longitudinal direction described above. Cause deformation of elongation. The catheter 1 is provided with an operation handle 6 for operating a main movement of the catheter at a hand portion. Although the SM fiber 3 is not in direct contact with blood, since the elongation of the structure 4 is proportional to the blood pressure, the axial strain of the SM fiber 3 is proportional to or converted to the pressure of the blood to be measured. Can do. In some cases, a jacket (not shown) for guiding the insertion of the catheter 1 into the living body on the surface of the living body at the insertion portion into the living body is provided on the outer peripheral portion of the catheter 1.
Actually, in a measurement site or a sick patient, the temperature of the entire blood vessel is usually not constant, and a measurement method that takes temperature non-uniformity into consideration is required. That is, when measuring pressure, it must also be possible to measure temperature.
The sensor output detected by the SM fiber 3 passes through the multi-core SM fiber 7 connecting the catheter 1 and the measuring device 8, and the measuring device 8 uses the Brillouin scattering frequency shift Δν B and the Rayleigh scattering frequency shift Δν R. (The signal is synchronized with the synchronization signal as necessary) and output to the data memory 9 as distribution data such as the temperature of blood in the blood vessel and the converted blood pressure. Thereafter, the data stored in the data memory 9 is analyzed by the analysis / display device 10 to obtain a coronary blood flow reserve ratio (FFR) or the like as diagnostic data as desired data, and the blood pressure distribution at the site to be diagnosed The data is output as signal data, and is displayed as a chart on a display or the like provided in the analysis / display device 10 as necessary.

上記の測定手順についてまとめたものを図4に示す。この図において、測定開始時間(測定機8からの測定開始時間)をtとし、SMファイバ3でΔt時間間隔で、測定を繰り返す。各測定においてセンサ出力であるレイリー散乱の周波数シフトΔνとブリルアン散乱の周波数シフトΔνが計測される。
次に、この2つの周波数シフトΔνとΔνと、予め初期値として測定機8に入力されていた基準となる状態での温度Tと変位εを用いて、温度変位ΔTと歪変化Δεの測定位置に対する分布が求められる(式(3)、式(4)参照)。
次に、所望の血圧(圧力)Pが、歪εの関数による換算として、測定機8を用いて求められる。そして、測定機8で求められた圧力Pはデータメモリ9に出力され記憶される。その後、解析/表示装置10により、データメモリ9で解析されたデータが、所望の表示形式でt時刻の圧力Pの分布として表示される。この場合、時間間隔Δtは血液の脈動を区別できる速さが要求され、1秒間に100回以上を目安として、各時間間隔ごとに血圧分布を得ることができる(図15には、秒速250回の例を示している)。そして、脈動圧力が最大の場合の分布を用いて、冠血流予備量比(FFR)等が求められる。
A summary of the above measurement procedure is shown in FIG. In this figure, the measurement start time (measurement start time from measuring 8) and t 0, at Δt time interval SM fiber 3, the measurement is repeated. In each measurement, the frequency shift Δν R of Rayleigh scattering and the frequency shift Δν B of Brillouin scattering, which are sensor outputs, are measured.
Next, using these two frequency shifts Δν R and Δν B and the temperature T 0 and the displacement ε 0 in the reference state previously input to the measuring machine 8 as initial values, the temperature displacement ΔT and the strain change A distribution of Δε with respect to the measurement position is obtained (see Expressions (3) and (4)).
Next, a desired blood pressure (pressure) P is obtained using the measuring device 8 as a conversion by a function of the strain ε. Then, the pressure P obtained by the measuring device 8 is output to the data memory 9 and stored. Thereafter, the analysis / display device 10 displays the data analyzed in the data memory 9 as a distribution of the pressure P at time t in a desired display format. In this case, the time interval Δt is required to have a speed at which blood pulsations can be distinguished, and blood pressure distribution can be obtained at each time interval with reference to 100 times or more per second (in FIG. 15, 250 times per second). Example). Then, a coronary flow reserve ratio (FFR) or the like is obtained using the distribution when the pulsation pressure is maximum.

そこで、次に上記冠血流予備量比(FFR)判定の手順について図5を用いてさらに詳しく説明する。
図4に示すように圧力Pは位置(Lof)と時間tの関数として求められるので、この位置座標をzとおくと、計測された圧力PはP=Pmes(z、t)と表現できる。この計測される圧力Pmes(z、t)には、カテーテル1の挿入時に生じる静ひずみの影響が含まれる可能性がある。そこで、2つの位置Aと位置Bで求めた圧力測定値を用いてこの静ひずみの影響を取り除く方法について図5をもとに説明する。
図5のステップ1(ST1と略記する)において、位置Aで計測された圧力Pmes(z、t)を符号ZAで表し、位置Bで計測された圧力Pmes(z、t)を符号ZBで表わす(ST1で縦軸は圧力、横軸は測定開始後、経過した時間を示す)。ST1の測定波形は心臓の2鼓動分に対応する左心室圧の変化を示すモデル図である。次に、ステップ2(ST2と略記する)では、計測した圧力Pmes(z、t)から、式(5)に従って位置Aあるいは位置Bでの中央値を求める(式(5)参照)か、あるいは式(6)に従って位置Aあるいは位置Bでの平均値を求める(式(6)参照。積分記号∫が用いられている。)。

Figure 0006190467
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この値を測定対象となるすべての位置で求める(ST2)。
次に、ステップ3(ST3と略記する)では、計測値Pmes(z、t)から、ST2で得た中央値Pmed(z)またはPav(z)を差し引き、差し引いた後の圧力の値をP(z,t)とおく(それぞれ式(7)、式(8)参照)。この処理により、カテーテル挿入時の静ひずみは除かれる。
Figure 0006190467
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最後にステップ4(ST4と略記する)で、測定位置zを変えて各位置での圧力P(z,t)の値を求め、zを横軸(距離)として、圧力の変化をプロットし、この変化から、FFRを求めて判定を行う。 Therefore, the procedure for determining the coronary blood flow reserve ratio (FFR) will be described in more detail with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, since the pressure P is obtained as a function of the position (Lof) and the time t, if this position coordinate is set to z, the measured pressure P can be expressed as P = Pmes (z, t). The measured pressure Pmes (z, t) may include the influence of static strain generated when the catheter 1 is inserted. Therefore, a method for removing the influence of the static strain using the pressure measurement values obtained at the two positions A and B will be described with reference to FIG.
In step 1 of FIG. 5 (abbreviated as ST1), the pressure Pmes (z, t) measured at the position A is represented by the symbol Z A , and the pressure Pmes (z, t) measured at the position B is represented by the symbol Z B. (In ST1, the vertical axis indicates pressure, and the horizontal axis indicates the time elapsed after the start of measurement). The measurement waveform of ST1 is a model diagram showing changes in left ventricular pressure corresponding to two heart beats. Next, in step 2 (abbreviated as ST2), a median value at the position A or the position B is obtained from the measured pressure Pmes (z, t) according to the equation (5) (see the equation (5)), or An average value at the position A or the position B is obtained according to the equation (6) (see the equation (6). The integral symbol ∫ is used).
Figure 0006190467
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This value is obtained at all positions to be measured (ST2).
Next, in step 3 (abbreviated as ST3), the median value Pmed (z) or Pav (z) obtained in ST2 is subtracted from the measured value Pmes (z, t), and the pressure value after subtraction is set to P (Z, t) is set (see equations (7) and (8), respectively). By this process, static strain at the time of catheter insertion is eliminated.
Figure 0006190467
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Finally, in step 4 (abbreviated as ST4), the measurement position z is changed to obtain the value of the pressure P (z, t) at each position, and the change in pressure is plotted with z as the horizontal axis (distance). From this change, the FFR is obtained and determined.

上述のように、実施の形態1では、2種類の散乱光による周波数シフトのデータを用いることにより、測定対象とする生体の血管内の血圧を、時間的にも、空間的にも、所定の位置で連続して測定することができるため、1本のSMファイバ3を用いるだけで、複数の測定対象となる物理量を一度の測定で計測することができるという効果を奏する。また、従来のポイント測定センサでは、測定用プローブの構造上の理由から、血管狭窄が複数ある血管の場合は測定が困難であったが、本発明によれば、連続測定が可能なため、血管狭窄が複数ある場合でも対応が可能である(図6参照)。図6において、冠血流予備量比(FFR)は、P/P、あるいはP/Pで表される(ここでP、P、Pは上記ST1〜ST4の手順に沿って求めた値を用いる)。また、図6では、血管狭窄が複数ある場合を示したが、これに限らず、血管狭窄が1箇所だけの場合も勿論、測定可能であるので、血管狭窄箇所が単数、あるいは複数のいずれの場合も、狭窄位置が圧力測定から可能であり、生体診断用データとして役立つと考えられる。As described above, in the first embodiment, the blood pressure in the blood vessel of the living body to be measured is determined in a predetermined manner, both temporally and spatially, by using frequency shift data by two types of scattered light. Since the measurement can be continuously performed at the position, the physical quantity to be measured can be measured by one measurement only by using one SM fiber 3. Further, in the conventional point measurement sensor, measurement is difficult in the case of a blood vessel having a plurality of vascular stenosis due to the structure of the measurement probe. However, according to the present invention, the blood vessel can be continuously measured. Even when there are a plurality of stenosis, it is possible to cope (see FIG. 6). In FIG. 6, the coronary flow reserve ratio (FFR) is expressed as P 1 / P 0 or P 2 / P 0 (where P 0 , P 1 , and P 2 are the same as those in ST1 to ST4). Use the value obtained along the line). FIG. 6 shows a case where there are a plurality of vascular stenosis. However, the present invention is not limited to this. Of course, measurement is possible even when there is only one vascular stenosis. Even in this case, the stenosis position can be obtained from the pressure measurement, which is considered useful as data for biodiagnosis.

この場合に用いられるセンサ部分について、さらに詳しく以下説明する。この場合の一般的なセンサ部分の構造を断面図として図7に示す。この図において、先端部には傾斜部分をもつプラスチック製(例えば塩化ビニルなど)のJティップ2が設けられ、これに接続されるセンサ部分の中心軸部分にはSMファイバ3が設けられている。そのすぐ外側の外周には、外圧が伝播し、それをSMファイバ3の歪に転換する構造体4が設けられ、さらにその外周には、例えばゴム製の外層5が設けられている(図7(a))。
なお、外層の外周には、カテーテルの生体への挿入を容易に行うため、螺旋状のワイヤ層16が設けられる場合もある(図7(b))。ワイヤ層16を取り付けても、血液がワイヤ間を通過するため、外層5に圧力が負荷される状態が変わることはない。
この図に示したSMファイバ3の外径は80〜250μm程度であり、その外周に配置されたSMファイバの保護層である構造体4は、負荷された圧力を歪に転換するものであり、SUSで構成され、周囲圧力を比例的にSMファイバ3の軸方向である長手方向の伸び量に変換する機能を有している(以下で、もう少し詳しく説明する)。この機能よってSMファイバの歪を圧力に比例させることができる。また、カテーテルとしての外径は約0.4mm以下とすることができる。このため、本発明が適用を予定している生体診断用のセンサとしての仕様を満たし、PCIでの圧力あるいは流速の測定において有効に活用することが可能となる。また、測定対象となる生体の血管が比較的小さな外径の血管であっても、圧力(血圧)測定が可能となる。
The sensor portion used in this case will be described in more detail below. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the structure of a general sensor portion in this case. In this figure, a J tip 2 made of plastic (for example, vinyl chloride) having an inclined portion is provided at the tip, and an SM fiber 3 is provided at the central axis portion of the sensor portion connected thereto. A structure 4 for transmitting external pressure to the outer periphery of the SM fiber 3 and converting the strain into strain of the SM fiber 3 is provided on the outer periphery thereof, and an outer layer 5 made of, for example, rubber is provided on the outer periphery thereof (FIG. 7). (A)).
A spiral wire layer 16 may be provided on the outer periphery of the outer layer to facilitate insertion of the catheter into the living body (FIG. 7B). Even if the wire layer 16 is attached, the state in which pressure is applied to the outer layer 5 does not change because blood passes between the wires.
The outer diameter of the SM fiber 3 shown in this figure is about 80 to 250 μm, and the structure 4 that is a protective layer of the SM fiber disposed on the outer periphery converts the applied pressure into strain, It is composed of SUS, and has a function of proportionally converting the ambient pressure into the amount of elongation in the longitudinal direction that is the axial direction of the SM fiber 3 (which will be described in more detail below). With this function, the strain of the SM fiber can be made proportional to the pressure. Moreover, the outer diameter as a catheter can be about 0.4 mm or less. For this reason, the specification as a biodiagnosis sensor to which the present invention is scheduled to be applied can be satisfied, and it can be effectively used in the measurement of pressure or flow velocity with PCI. Further, even when the blood vessel of the living body to be measured is a blood vessel having a relatively small outer diameter, pressure (blood pressure) measurement can be performed.

また、構造体4をSMファイバの被覆材として一体化した構造とすることも考えられる。被覆材の受ける圧力が変化することで、SMファイバの受ける感度が高まる可能性がある。
感度を上げる場合には、上述のように、被覆材がガラスより剛性が低いとき、被覆により厚みを増すことで、見掛け上、圧力感度を上げることができる(図2参照)。ただし、本発明が適用を予定しているPCIでの圧力あるいは流速の測定分野では、上記のように、カテーテルとしての外径は約0.4mm以下とする必要があるため、この方法を用いて圧力感度を数倍以上も上げることは期待できない。SMファイバ自体を剛性の低いプラスチック材で構成することも有効である。
そこで、以下では、連続かつ高精度、均一でシンプルな構造を持ち、分布圧力を連続歪に転換する適宜な構造材について説明する。
It is also conceivable that the structure 4 is integrated as a SM fiber coating. There is a possibility that the sensitivity received by the SM fiber is increased by changing the pressure received by the coating material.
In the case of increasing the sensitivity, as described above, when the coating material is lower in rigidity than glass, the pressure sensitivity can be apparently increased by increasing the thickness by the coating (see FIG. 2). However, in the field of measuring pressure or flow rate in PCI, to which the present invention is scheduled to be applied, the outer diameter of the catheter needs to be about 0.4 mm or less as described above. We cannot expect pressure sensitivity to increase several times or more. It is also effective to construct the SM fiber itself with a plastic material having low rigidity.
Therefore, in the following, a description will be given of an appropriate structural material that has a continuous, high-precision, uniform and simple structure and converts distributed pressure into continuous strain.

そこで、まず、このような圧力を歪に転換する適宜な構造材の構成による感度評価を行うため、図8に示すモデルを使用して検討する。図8(a)において、中心軸上にSMファイバが配置された円筒形状の計測用プローブの外周面に直径Dの開口があり、この開口部分に外圧が作用しているモデルを考える。ここで、計測用プローブはカテーテルを模擬したものであり、外圧は開口部分での血圧に相当する。
通常は、軸対象構造であるが、この場合、図8(b)に示すように、1/2の部分だけ表示している、SMファイバに対して斜め(角度θ)に配置された2つの同一形状の弾性棒が、計測用プローブ外周上の開口に作用する外圧(圧力P)を、この開口で受けているとする。つまり、上記構造体は、計測用プローブ外周からSMファイバまでの距離h、2つの構造体間のSMファイバ軸に沿った方向でのAB間の距離(ピッチ)Lで配置されているとする。この場合、図8(c)に示すように、垂直方向に作用する圧力(この部分での血圧に相当)Pが、水平軸と角度θで斜め方向に配置された2つの同一の棒に分離して支持されており、水平方向(SMファイバの軸方向)には、等価的な軸力Tcが作用しているモデルとして考えることができる。この軸力TcはSMファイバの伸びと歪を生じ、その歪が測定対象となる。
Therefore, first, in order to perform sensitivity evaluation by using an appropriate structure material that converts such pressure into strain, a model shown in FIG. 8 is used. In FIG. 8A, a model is considered in which an opening having a diameter D is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical measuring probe in which an SM fiber is disposed on the central axis, and an external pressure acts on the opening. Here, the measurement probe simulates a catheter, and the external pressure corresponds to the blood pressure at the opening.
Normally, the structure is an axial object, but in this case, as shown in FIG. 8 (b), two halves arranged at an angle (angle θ) with respect to the SM fiber, which is displayed only in a half portion, are displayed. It is assumed that an elastic bar having the same shape receives external pressure (pressure P) acting on the opening on the outer periphery of the measurement probe at this opening. In other words, it is assumed that the structure is disposed at a distance h from the outer periphery of the measurement probe to the SM fiber and a distance (pitch) L between AB in the direction along the SM fiber axis between the two structures. In this case, as shown in FIG. 8C, the pressure P acting in the vertical direction (corresponding to the blood pressure in this portion) P is separated into two identical rods arranged obliquely at an angle θ with the horizontal axis. It can be considered as a model in which an equivalent axial force Tc acts in the horizontal direction (the axial direction of the SM fiber). This axial force Tc causes elongation and strain of the SM fiber, and the strain becomes a measurement target.

そこで、上記モデルについて具体的な数値を当てはめて評価する。開口の面積はπD/4であるから、開口部分での血圧をPbとすると、外圧(圧力P)はP=Pb×(πD/4)で表される。そこで、Pb=100(N/m)、D=0.25mmとすると、P=100(N/m)×4.9×10−8(m)=4.9×10−6(N)となる。ピッチL=10mm、h=0.2mmとするとtanθ=0.2/5=0.04。よって、θ≪1とみなすと、θ≒tanθ≒sinθ。従って、Tc=P/2sinθ=4.9×10−6(N)/(2×0.04)≒6.13×10−5(N)となる。標準的な光ファイバでは1Nの軸力に対する歪は1020μεであるので、この場合の歪εは、ε=6.25×10−2(με)となる。経験的には1με程度の歪が必要と考えられるので、これを満たすプローブ構造(カテーテルの構造)を採用する必要がある。Therefore, the above model is evaluated by applying specific numerical values. Since the area of the opening is πD 2/4, when the blood pressure at the opening portion and Pb, external pressure (pressure P) is expressed by P = Pb × (πD 2/ 4). Therefore, when Pb = 100 (N / m 2 ) and D = 0.25 mm, P = 100 (N / m 2 ) × 4.9 × 10 −8 (m 2 ) = 4.9 × 10 −6 ( N). When the pitch L = 10 mm and h = 0.2 mm, tan θ = 0.2 / 5 = 0.04. Therefore, assuming that θ << 1, θ≈tan θ≈sin θ. Therefore, Tc = P / 2sin θ = 4.9 × 10 −6 (N) / (2 × 0.04) ≈6.13 × 10 −5 (N). In a standard optical fiber, the strain with respect to the axial force of 1N is 1020 με, so the strain ε in this case is ε = 6.25 × 10 −2 (με). Empirically, it is considered that a strain of about 1 με is necessary, and it is necessary to employ a probe structure (catheter structure) that satisfies this.

上述の適宜の光ファイバ構造材として、例えば図9に示すSUS材で作成したフレーム構造が提案される。この図は、上記の内容を実現する圧力を光ファイバ(ここではSMファイバ)の歪に転換する構造体4であり、SUSフレーム11は、ピッチLの両端部分(固定部分)でSMファイバ3に接着剤で固定されている(図9(a)のC1C1部分、図9(b)の断面C1C1参照)。また、SUSフレーム11はSMファイバ軸からhで示すサイズだけ外側に膨らんだ構造となっている。なお、図9(a)のSUSフレーム11の上下の包絡線はこの膨らんだ部分の最大径を示すもので、また、図9(c)で示すセンサの外圧の伝播部である外層5との境界線でもある。
また、図9(b)に示したように(図9(b)の左側の図)、SMファイバ3の外周には、固定部分(断面C1C1で示した部分など)において、接着剤12で接着されたSUSフレーム11が同心円状に接着され固定されている。このSMファイバ3とSUSフレーム11は上記固定部分以外では、図9(b)の断面D1D1(右側の図)に典型例として示すように、同心軸状に互いに離れて構成されており、SUSフレーム11は、断面内では互いに120度ずつ離れた円弧形状に構成されるとともに、各円弧形状間は中空となっている。なお、この光ファイバ構造材が実際に使用される場合には、図9(c)に示すように、SUSフレーム11の外周部分は円環状の外層5で覆われており、外圧である血圧による圧力がこの外層5を通じてSUSフレーム11に外圧として負荷される。
As the above-described appropriate optical fiber structure material, for example, a frame structure made of a SUS material shown in FIG. 9 is proposed. This figure shows a structure 4 that converts the pressure for realizing the above contents into strain of an optical fiber (SM fiber in this case), and the SUS frame 11 is attached to the SM fiber 3 at both end portions (fixed portions) of the pitch L. It is fixed with an adhesive (see C1C1 portion in FIG. 9A, cross section C1C1 in FIG. 9B). The SUS frame 11 has a structure bulging outward from the SM fiber axis by the size indicated by h. Note that the upper and lower envelopes of the SUS frame 11 in FIG. 9 (a) indicate the maximum diameter of the swollen portion, and the outer layer 5 that is the propagation portion of the external pressure of the sensor shown in FIG. 9 (c). It is also a boundary line.
Further, as shown in FIG. 9B (the figure on the left side of FIG. 9B), the SM fiber 3 is bonded to the outer periphery of the SM fiber 3 with an adhesive 12 at a fixed portion (the portion shown by the cross section C1C1). The formed SUS frame 11 is concentrically bonded and fixed. The SM fiber 3 and the SUS frame 11 are configured so as to be concentrically separated from each other as shown as a typical example in a cross section D1D1 (right side view) in FIG. 11 is formed in an arc shape separated by 120 degrees from each other in the cross section, and the space between the arc shapes is hollow. When this optical fiber structural material is actually used, the outer peripheral portion of the SUS frame 11 is covered with an annular outer layer 5 as shown in FIG. A pressure is applied as an external pressure to the SUS frame 11 through the outer layer 5.

この場合、外圧である血圧が、圧力として、外層5、及びSUSフレーム11(構造体4と言い換えることもできる)との接触部分(図9(b)のSUSフレーム11の断面D1D1で示した箇所)を通じて、SUSフレーム11が固定されたSMファイバに負荷され、SMファイバに軸歪を生ずる。この結果、SMファイバにレーザー散乱光の周波数シフトが生じ、結果的に精度のよい血圧測定が可能となる。
なお、構造体4は、カテーテル全体の剛性を支持する構造材とし、それぞれ、操作ハンドル6とJティップを繋いで、操作ハンドル6の操作により、回転することができる。
さらに、上記のSMファイバ先端の測定端にFBGなどの反射装置を持たせて散乱光のダブルエンド測定方式を実施することも可能である。このような構成とすることで、ブリルアン散乱の周波数シフトΔνBの測定分解能を上げることができ、この測定データに基づく演算値の精度を上げることができる。
In this case, the blood pressure that is the external pressure is the portion indicated by the cross section D1D1 of the SUS frame 11 in FIG. 9B as the pressure and the contact portion with the outer layer 5 and the SUS frame 11 (which can also be referred to as the structure 4). ), The SUS frame 11 is loaded on the fixed SM fiber, and axial strain occurs in the SM fiber. As a result, the frequency shift of the laser scattered light occurs in the SM fiber, and as a result, accurate blood pressure measurement becomes possible.
The structure 4 is a structural material that supports the rigidity of the entire catheter, and can be rotated by operating the operation handle 6 by connecting the operation handle 6 and the J tip.
Furthermore, it is also possible to implement a double-ended measurement method of scattered light by providing a reflection device such as FBG at the measurement end of the SM fiber tip. With such a configuration, it is possible to increase the measurement resolution of the Brillouin scattering frequency shift Δν B , and it is possible to increase the accuracy of the calculated value based on the measurement data.

実施の形態2.
上述のように、実施の形態1では、1本のSMファイバ3で測定された2種類のレーザー光の反射散乱光による周波数シフトのデータが用いられて所望のデータが得られることになるが、ここでは、使用する散乱光を1種類だけにして所望のデータを得るものについて図10〜図13を用いて説明する。
Embodiment 2. FIG.
As described above, in the first embodiment, desired data is obtained using the data of the frequency shift due to the reflected and scattered light of the two types of laser light measured with one SM fiber 3. Here, what obtains desired data by using only one type of scattered light will be described with reference to FIGS.

まず、実施の形態2に係る発明のシステム構成の一例を図10に示す。図において、センサ用ファイバとして、実施の形態1で示したSMファイバ3とは別に、さらにSMファイバ13が設けられる。この場合において、SMファイバ3は、圧力負荷を受けて圧力計測用のファイバとして使用され、一方、SMファイバ13は、一般に、圧力負荷を受けないよう設置され、温度計測用のファイバとして使用される。実施の形態2では、SMファイバについて、レイリー散乱の周波数シフトに関わる感度係数の方がブリルアン散乱による周波数シフトに関わる感度係数より大きいことを利用して、上記SMファイバ3及びSMファイバ13で計測されるレーザー光に生じた周波数シフトのうち、レイリー散乱の周波数シフトΔνの信号のみを用い、ブリルアン散乱による周波数シフトΔνは使用しない。このとき、SMファイバ3によるレイリー散乱の周波数シフトΔνの測定と同時に、SMファイバ13による測定を行う場合もありうる。なお、他の構成要素は、実施の形態1と同様であるので、ここでの説明は省略する。First, an example of a system configuration of the invention according to Embodiment 2 is shown in FIG. In the figure, an SM fiber 13 is further provided as a sensor fiber in addition to the SM fiber 3 shown in the first embodiment. In this case, the SM fiber 3 receives pressure load and is used as a pressure measurement fiber, while the SM fiber 13 is generally installed so as not to receive pressure load and is used as a temperature measurement fiber. . In the second embodiment, the SM fiber 3 is measured with the SM fiber 3 and the SM fiber 13 by utilizing the fact that the sensitivity coefficient related to the frequency shift of Rayleigh scattering is larger than the sensitivity coefficient related to the frequency shift due to Brillouin scattering. Among the frequency shifts generated in the laser light, only the signal of the Rayleigh scattering frequency shift Δν R is used, and the frequency shift Δν B due to Brillouin scattering is not used. At this time, the measurement by the SM fiber 13 may be performed simultaneously with the measurement of the frequency shift Δν R of Rayleigh scattering by the SM fiber 3. Since other components are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.

次に、図11は、上記2本のSMファイバが装備されている血圧測定用プローブであるカテーテルのセンサ部分の構造を示す詳細図である。図において、中心軸部分に設けられたSMファイバ3(血圧の圧力計測などに用いられる)の周囲には構造体である中空部分を持ち、フレームの外形がラグビーボール状のSUSフレーム11が設けられ、さらにその外周部分には、外圧としての血圧の圧力伝播を行い、SMファイバや上記構造体を保護する外層5が、構造体であるSUSフレーム11の最大径部分でSUSフレームに接するように設けられている(図11(a)、(b)参照)。また、SMファイバ3とは別に、外圧としての血圧による圧力は受けず、SMファイバ軸方向に固定せず自由であるため、温度変化のみを反映したレイリー散乱の周波数シフトΔνが得られるSMファイバ13は、図11(b)に示すように、カテーテルの外周寄りの位置であり、構造体4のすき間に配置され、構造体4、及び外層5には接しないように配置されている。Next, FIG. 11 is a detailed view showing a structure of a sensor portion of a catheter which is a blood pressure measurement probe equipped with the two SM fibers. In the figure, a SUS frame 11 having a hollow portion as a structure and having a rugby ball-like outer shape is provided around an SM fiber 3 (used for blood pressure measurement or the like) provided in a central axis portion. Further, an outer layer 5 that propagates the pressure of blood pressure as an external pressure and protects the SM fiber and the structure is provided on the outer peripheral portion so as to be in contact with the SUS frame at the maximum diameter portion of the SUS frame 11 that is the structure. (See FIGS. 11A and 11B). In addition to the SM fiber 3, it is free from pressure due to blood pressure as an external pressure, and is not fixed in the SM fiber axial direction and is free. Therefore, an SM fiber that can obtain a Rayleigh scattering frequency shift Δν R reflecting only temperature changes. As shown in FIG. 11B, 13 is a position near the outer periphery of the catheter, and is arranged in the gap of the structure 4 so as not to contact the structure 4 and the outer layer 5.

次に、実施の形態2に係る生体診断用センサシステムの解析概要について、図12のフローチャートを用いて説明する。光ファイバBはレイリー散乱の周波数シフトΔνのうち温度変化ΔTによる変化分のみを検出するので、この周波数シフトをΔν と表示すると、温度変化に係る光ファイバの感度係数C22を用いて、ΔT=Δν /C22と表される。
一方、光ファイバAにより計測されるレイリー散乱の周波数シフトをΔν と表すと、Δν は、圧力を受けていないため、歪変化により影響を受ける要素と、温度変化により影響を受ける要素とを考慮して、式(4)より、Δν =C21Δε+C22ΔTが成立する。よって、Δε=(Δν −C22ΔT)/C21と表される。
被測定体においては、その温度変化は、光ファイバBで測定した値と光ファイバAにより測定した値とは同じであるはずであるから、これを考慮して。光ファイバBで測定したΔTの値を、光ファイバAのΔεを求める式に代入して、Δε=(Δν −Δν )/C21となる(ここでは光ファイバAと光ファイバBにおけるC22の感度特性は同じと仮定している)。ここで、Δν とΔν は光ファイバによって計測されている既知量であるので、これらからΔεが求まり、従って、式(2)を用いることにより、PがΔεの関数として求められる(P=F(Δε))。ここで、図10、図11に示した符号を用いると光ファイバAはSMファイバ3相当であり、光ファイバBはSMファイバ13相当である。
Next, an analysis outline of the biodiagnostic sensor system according to Embodiment 2 will be described with reference to the flowchart of FIG. Since the optical fiber B detects only the change due to the temperature change ΔT among the Rayleigh scattering frequency shift Δν R , when this frequency shift is expressed as Δν R T , the sensitivity coefficient C 22 of the optical fiber related to the temperature change is used. ΔT = Δν R T / C 22
On the other hand, when the frequency shift of Rayleigh scattering which is measured by the optical fiber A represents a Δν R P, Δν R P is, because it does not receive pressure, receives and elements that are affected by the distortion changes, the influence by the temperature changing element Therefore, Δν R P = C 21 Δε + C 22 ΔT is established from Equation (4). Therefore, it expressed as Δε = (Δν R P -C 22 ΔT) / C 21.
In the measured object, the temperature change should be the same as the value measured with the optical fiber B and the value measured with the optical fiber A. By substituting the value of ΔT measured by the optical fiber B into an equation for obtaining Δε of the optical fiber A, Δε = (Δν R P −Δν R T ) / C 21 (here, the optical fiber A and the optical fiber B). and sensitivity characteristics of the C 22 will assume the same in). Since .DELTA..nu R P and .DELTA..nu R T are known quantities which are measured by an optical fiber, these from Motomari is [Delta] [epsilon], therefore, by using equation (2), P is determined as a function of [Delta] [epsilon] ( P = F (Δε)). Here, when the reference numerals shown in FIGS. 10 and 11 are used, the optical fiber A corresponds to the SM fiber 3, and the optical fiber B corresponds to the SM fiber 13.

以上のように、レイリー散乱の周波数シフトΔνのみを用いても、圧力(血圧)により影響を受けないSMファイバを温度変化による周波数シフトを計測する手段として用い、計2本のSMファイバを用いる構成とすることにより、実施の形態2においても実施の形態1と同様の効果を得ることができる。上述の構造で高感度に圧力を歪に連続転換する構造体を用いた場合において、多点FBGを用いた本発明の簡素化構造が可能と考えられる。ただし、分解能はFBGの間隔に制限され、測定距離も限定される。As described above, even if only the frequency shift Δν R of Rayleigh scattering is used, the SM fiber that is not affected by the pressure (blood pressure) is used as a means for measuring the frequency shift due to the temperature change, and a total of two SM fibers are used. By adopting the configuration, the same effects as in the first embodiment can be obtained also in the second embodiment. In the case of using a structure that continuously converts pressure into strain with high sensitivity in the above-described structure, the simplified structure of the present invention using a multipoint FBG is considered possible. However, the resolution is limited to the FBG interval, and the measurement distance is also limited.

上述の実施の形態2では、センサとして2本のSMファイバを用いる構成について説明したが、これら2本のSMファイバの外径は上述のように80〜250μm程度であり、その外周に配置された構造体4の存在を考慮しても、さらに別に複数の光ファイバセンサをカテーテルの内に設けることができる。そして、さらに別の複数の光ファイバセンサを設けても、カテーテルの外径は約0.4mm以下とすることができる。この一例について図13に示す。この図においては上記2本のSMファイバ3、13以外に、例えば内視鏡用のイメージファイバ14、および断層画像(例えば光干渉断層画像:OCT(Optical Coherence Tomography))計測用ファイバ15の2本の光ファイバを設置した例を示す。なお、イメージファイバ14あるいはOCT計測用ファイバ15に代えて、投影剤投入チューブを設置してもよい。このように、3本以上の複数本の光ファイバを設置できるため、多機能の計測が可能になる。   In the second embodiment described above, the configuration using two SM fibers as the sensor has been described, but the outer diameter of these two SM fibers is about 80 to 250 μm as described above, and is arranged on the outer periphery thereof. Even in consideration of the presence of the structure 4, a plurality of optical fiber sensors can be provided in the catheter. And even if another some optical fiber sensor is provided, the outer diameter of a catheter can be about 0.4 mm or less. An example of this is shown in FIG. In this figure, in addition to the two SM fibers 3 and 13, for example, two of an image fiber 14 for an endoscope and a fiber 15 for measuring a tomographic image (for example, optical coherence tomography (OCT)). An example in which an optical fiber is installed is shown. Instead of the image fiber 14 or the OCT measurement fiber 15, a projection agent charging tube may be installed. As described above, since a plurality of three or more optical fibers can be installed, multi-functional measurement can be performed.

実施の形態3.
実際のPCI測定等においては、これまで述べてきた以外に、心臓の拍動による血圧測定への影響を考慮する必要がある場合も出てくる。このような場合に対応するために、本実施の形態3に示す測定システムを用いる。具体例について、以下、図を用いて説明する。
Embodiment 3 FIG.
In actual PCI measurement and the like, there are cases where it is necessary to consider the influence on the blood pressure measurement due to the pulsation of the heart in addition to what has been described so far. In order to cope with such a case, the measurement system shown in the third embodiment is used. Specific examples will be described below with reference to the drawings.

実施の形態3に係る発明のシステム構成の一例を図14に示す。図に示すように、測定機8には、実施の形態1で示したSMファイバ3に加え、脈動感知ファイバ20が接続されている。この脈動感知ファイバ20により検知された心拍信号(図15の中央の曲線参照)は、測定機8により、図15中に記号Mで示した同期信号により同期をとって測定され、データメモリ9に記録される。図15において、一番上に示す曲線は上記同期信号に同期して計測された左心室圧の変化例を示すモデル図であり、心拍信号の電位に対応して変化していることがわかる。一方、図14に示すシステムでは、SMファイバ3で計測された圧力(血圧)等のデータも心拍信号と同様に測定機8によって、記号Mで示した同期信号により同期をとって測定され、データメモリ9に記録される。従って、記号Mで示した同期信号により同期をとって測定した心拍信号のデータ及び圧力(血圧)等の両データを同じ時間軸上で比較することができ、これを解析することで、心臓の拍動による血圧測定への影響を考慮した圧力(血圧)等のデータを得ることができる。具体的には、例えば、脈動感知ファイバ20を腕部に巻付け、これによる脈動を複数感知し、これを基にデータを合成することで、SN比の向上した複数の血圧データを一度に得ることができ、精度がよくなるなどの効果を得られる。   An example of the system configuration of the invention according to Embodiment 3 is shown in FIG. As shown in the figure, a pulsation sensing fiber 20 is connected to the measuring machine 8 in addition to the SM fiber 3 shown in the first embodiment. The heartbeat signal (see the center curve in FIG. 15) detected by the pulsation sensing fiber 20 is measured by the measuring device 8 in synchronization with the synchronization signal indicated by symbol M in FIG. To be recorded. In FIG. 15, the curve shown at the top is a model diagram showing a change example of the left ventricular pressure measured in synchronization with the synchronization signal, and it can be seen that the curve changes corresponding to the potential of the heartbeat signal. On the other hand, in the system shown in FIG. 14, data such as pressure (blood pressure) measured by the SM fiber 3 is also measured by the measuring device 8 in synchronization with the synchronization signal indicated by the symbol M in the same manner as the heartbeat signal. Recorded in the memory 9. Therefore, it is possible to compare both heartbeat signal data and pressure (blood pressure) data measured in synchronization with the synchronization signal indicated by symbol M on the same time axis, and by analyzing this, Data such as pressure (blood pressure) in consideration of the influence of pulsation on blood pressure measurement can be obtained. Specifically, for example, a plurality of blood pressure data with an improved S / N ratio can be obtained at a time by wrapping the pulsation sensing fiber 20 around the arm portion, sensing a plurality of pulsations caused by this, and synthesizing data based on this. And the effect of improving accuracy can be obtained.

なお、図14には実施の形態2で示したSMファイバ13は測定機に接続されていないが、測定システムとして実施の形態2に示した構成、すなわち、SMファイバ3に加え、SMファイバ13を接続した構成に、さらに、上記で示した脈動感知ファイバ20を測定機8に接続した構成とした測定システムにおいても、上記、実施の形態3で説明したのと同様に、心臓の拍動による血圧測定への影響を考慮した圧力(血圧)等のデータを得ることができる。   In FIG. 14, the SM fiber 13 shown in the second embodiment is not connected to the measuring machine, but the SM fiber 13 is added to the configuration shown in the second embodiment as the measurement system, that is, the SM fiber 3. In the measurement system in which the pulsation sensing fiber 20 described above is connected to the measuring device 8 in addition to the connected configuration, the blood pressure due to the pulsation of the heart is the same as described in the third embodiment. Data such as pressure (blood pressure) considering the influence on measurement can be obtained.

また、この実施の形態3に係る光ファイバ式生体診断用センサシステムでは、上記脈動感知ファイバ20で得られたデータを基に所定位置での脈動のピークの時間分布や脈動の再現状態などのデータを同期信号レベル(例えば図14で示したシステムを用いた場合には4msec程度の精度(図15参照))で解析結果として得ることができる。   Further, in the optical fiber type biodiagnostic sensor system according to the third embodiment, the data such as the time distribution of the pulsation peak at a predetermined position and the pulsation reproduction state based on the data obtained by the pulsation sensing fiber 20. Can be obtained as an analysis result with a synchronization signal level (for example, when the system shown in FIG. 14 is used, accuracy of about 4 msec (see FIG. 15)).

さらに、脈動のピークの時間変動や脈動の再現状態などのデータを基にして、生体診断用の基礎となるデータとして、血管のヤング弾性率の変化データ、不整脈などのデータを得ることができる。例えば、ある測定時間における弾性率のデータは、脈動の伝播速度(脈波速度とも呼ばれる)vが求まれば、メーンズ・コルテヴェークの式から(非特許文献3)、次式(9)によって、血管の硬さを示すヤング弾性率Eを導き出すことができるため、血管の動脈硬化の診断用データとして役立つと考えられる。

Figure 0006190467

ここで、ρは血液の密度、rは血管の半径、tは血管の肉厚である。この場合においては、実施の形態1の測定フローチャート中に示した表示例のように、2つの異なった時間帯でのデータを比較して、血管の動脈硬化の時間的変化のデータも得ることができるので、従来より有用なデータとなることが期待できる。Further, based on data such as time fluctuation of pulsation peak and pulsation reproduction state, data such as change in Young's modulus of blood vessels and data such as arrhythmia can be obtained as data used as a basis for biodiagnosis. For example, the elastic modulus data at a certain measurement time can be obtained by calculating the pulsation propagation velocity (also referred to as pulse wave velocity) v from the Maines-Corteweg equation (Non-patent Document 3) by the following equation (9). The Young's elastic modulus E indicating the hardness of the blood vessel can be derived, which is considered useful as data for diagnosing arteriosclerosis of blood vessels.
Figure 0006190467

Here, [rho is the density of the blood, r is the radius of the vessel, is t h a thickness of the blood vessel. In this case, as in the display example shown in the measurement flowchart of the first embodiment, the data at two different time zones can be compared to obtain data on temporal changes in vascular arteriosclerosis. Therefore, it can be expected to be more useful data than before.

以上の説明では、上述の光ファイバ構造材の適宜の構成は、図9に示したもの(これを以下、実施例1と呼ぶ)により説明したが、この実施例1に限らず、以下の実施例2、あるいは実施例3に示すものでもよい。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   In the above description, the appropriate configuration of the above-described optical fiber structure material has been described with reference to FIG. 9 (hereinafter referred to as Example 1). It may be as shown in Example 2 or Example 3. It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

(実施例2)
図16は光ファイバ構造材の適宜の構成の別の例である。光ファイバは、測定用プローブの中心軸から外れ、外周寄りの外層5のごく近傍に配置され、ワイヤに固定されたマンドレル位置で固定される(図16(a))。そして、血圧である圧力の負荷により、外層5は光ファイバに接触する。この場合、圧力Pによる負荷は外層5を介して光ファイバに伝わり、この結果、光ファイバは固定され、隣接するマンドレル間の中央位置で撓む(図16(b)の破線を参照)。この場合、マンドレルは圧力を歪に転換する構造体4に相当する。力関係をモデル的に図16(c)に示すが、光ファイバには記号Tcで示す軸力が発生することになる。
(Example 2)
FIG. 16 shows another example of an appropriate configuration of the optical fiber structure material. The optical fiber deviates from the central axis of the measurement probe and is disposed in the immediate vicinity of the outer layer 5 near the outer periphery, and is fixed at the mandrel position fixed to the wire (FIG. 16A). And the outer layer 5 contacts an optical fiber with the load of the pressure which is a blood pressure. In this case, the load due to the pressure P is transmitted to the optical fiber through the outer layer 5, and as a result, the optical fiber is fixed and bent at the center position between the adjacent mandrels (see the broken line in FIG. 16B). In this case, the mandrel corresponds to the structure 4 that converts pressure into strain. FIG. 16C schematically shows the force relationship, and an axial force indicated by the symbol Tc is generated in the optical fiber.

(実施例3)
図17は光ファイバ構造材の適宜の構成のさらに別の例である。実線で示した光ファイバは、全部で3本あり、軸断面図に示すように互いに120度方向に1本ずつ配置されている(図17(b)参照)。また、これら光ファイバは、固定用ワイヤにより軸方向に記号G1で示した位置に固定されている(図17(b)の左側の断面G1G1参照)。なお、断面H1H1位置では、光ファイバは拘束されず自由になっている(図17(b)の右側の図参照)。上記固定用ワイヤは円筒面上にピッチLpで螺旋状に巻回され、その外形は固定用ワイヤ外形包絡線を形成している。また、中心軸には駆動用ワイヤが配置され、所望の位置に光ファイバを移動させることができる。この例では、上記固定用ワイヤが光ファイバを固定している位置から外圧である血圧が光ファイバに伝わることになる。なお、被測定体の圧力を伝播する保護層たる構造体(固定用ワイヤ)は外周部に設けられている。
(Example 3)
FIG. 17 shows still another example of an appropriate configuration of the optical fiber structure material. There are a total of three optical fibers indicated by solid lines, and one optical fiber is arranged in a 120-degree direction from each other as shown in the axial sectional view (see FIG. 17B). Further, these optical fibers are fixed to the position indicated by the symbol G1 in the axial direction by a fixing wire (see the left cross section G1G1 in FIG. 17B). Note that, at the position of the cross-section H1H1, the optical fiber is free without being constrained (see the diagram on the right side of FIG. 17B). The fixing wire is spirally wound on the cylindrical surface at a pitch Lp, and its outer shape forms a fixing wire outer envelope. Further, a driving wire is disposed on the central axis, and the optical fiber can be moved to a desired position. In this example, blood pressure as external pressure is transmitted to the optical fiber from the position where the fixing wire fixes the optical fiber. A structure (fixing wire) that is a protective layer that propagates the pressure of the object to be measured is provided on the outer peripheral portion.

1 カテーテル(血管挿入式分布圧力測定装置)、2 Jティップ、
3、13 シングルモード光ファイバ(SMファイバ)、4 構造体、
5 外層、6 操作ハンドル、7 多芯SMファイバ、8 測定機、
9 データメモリ、10 解析/表示装置、11 SUSフレーム、
12 接着剤、14 イメージファイバ、
15 断層画像計測用ファイバ(OCTファイバ)、16 ワイヤ層、
20 脈動感知ファイバ。
1 catheter (blood vessel insertion type distributed pressure measuring device), 2 J tip,
3, 13 Single mode optical fiber (SM fiber), 4 structure,
5 outer layer, 6 operation handle, 7 multi-core SM fiber, 8 measuring machine,
9 data memory, 10 analysis / display device, 11 SUS frame,
12 adhesives, 14 image fibers,
15 fiber for tomographic image measurement (OCT fiber), 16 wire layer,
20 Pulsation sensing fiber.

Claims (10)

生体の血管中に挿入され、被測定体の所定箇所の温度と圧力の分布を計測するものであって、
外圧により変形し被測定体を内部に侵入させない外層と、
温度、及び歪により変形するシングルモード光ファイバと、
このシングルモード光ファイバと中心軸部分または外周部分で接するように配置され、前記外層に負荷される圧力を伝播し、その圧力分布を前記シングルモード光ファイバの歪に連続的に変換するとともに、前記シングルモード光ファイバの一部に複数箇所で固定されるか、前記シングルモード光ファイバの一部と複数箇所で接して周囲圧力を比例的に前記シングルモード光ファイバの中心軸方向の伸び量に変換する構造体であって、外径が0.4mm以下のカテーテル全体の剛性を支持し、このカテーテルのガイド部分であるジェーチップと前記カテーテルの操作ハンドルを繋いで、この操作ハンドルの操作により回転可能な構造体と、
を備えたことを特徴とする血管挿入式分布圧力測定装置。
It is inserted into the blood vessel of a living body and measures the temperature and pressure distribution at a predetermined location of the measured object,
An outer layer that is deformed by external pressure and does not allow the object to be measured to enter the interior;
A single-mode optical fiber that is deformed by temperature and strain;
The single mode optical fiber is disposed so as to be in contact with the central axis portion or the outer peripheral portion, propagates the pressure applied to the outer layer, continuously converts the pressure distribution into the strain of the single mode optical fiber, and either fixed at a plurality of points in a part of the single-mode optical fiber, the elongation of the center axis of the part and proportionally said single mode optical fiber ambient pressure and contact at a plurality of locations of said single-mode optical fiber A structure to be converted, which supports the rigidity of the entire catheter having an outer diameter of 0.4 mm or less, and connects the catheter tip, which is a guide portion of the catheter, to the operation handle of the catheter, and rotates by the operation of the operation handle. Possible structures, and
A blood vessel insertion type distributed pressure measuring device comprising:
前記構造体は、ワイヤ軸に固定された複数の円板状のマンドレルであって、前記シングルモード光ファイバが前記マンドレルの外周部に複数箇所で固定され、前記外層からの圧力負荷により前記シングルモード光ファイバが隣接する前記マンドレル間で内周方向へ撓むことを特徴とする請求項に記載の血管挿入式分布圧力測定装置。 The structure is a plurality of disk-shaped mandrels fixed to a wire shaft, and the single mode optical fiber is fixed to the outer periphery of the mandrel at a plurality of locations, and the single mode is applied by pressure load from the outer layer. 2. The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device according to claim 1 , wherein an optical fiber bends in an inner circumferential direction between the adjacent mandrels. 前記構造体は、3重の螺旋状に巻回され、軸断面内で前記3重の螺旋が互いに中心角が120度離れた外周位置に配置され、軸方向にはワイヤ外形包絡線位置で前記シングルモード光ファイバの外周に固定される固定用ワイヤを有することを特徴とする請求項に記載の血管挿入式分布圧力測定装置。 The structure is wound in a triple spiral shape, and the triple spirals are arranged at an outer peripheral position with a central angle of 120 degrees apart from each other in the axial cross section, and the wire outer envelope position in the axial direction. The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device according to claim 1 , further comprising a fixing wire fixed to the outer periphery of the single mode optical fiber. 前記構造体は、中空部分を有し、中心軸部で前記シングルモード光ファイバに固定され、外周部で前記外層と接することを特徴とする請求項に記載の血管挿入式分布圧力測定装置。 The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device according to claim 1 , wherein the structure has a hollow portion, is fixed to the single mode optical fiber at a central shaft portion, and is in contact with the outer layer at an outer peripheral portion. 前記シングルモード光ファイバの代わりに多点FBGを用いて多点測定を行うことを特
徴とする請求項に記載の血管挿入式分布圧力測定装置。
The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device according to claim 1 , wherein multipoint measurement is performed using a multipoint FBG instead of the single mode optical fiber.
前記被測定体の所定箇所の温度と圧力の分布を計測する請求項1に記載の血管挿入式分布圧力測定装置と、
レーザー光を前記シングルモード光ファイバへ出射し、該シングルモード光ファイバで発生した散乱光の周波数変化を連続的に検出し、この検出した散乱光の周波数変化から求めた前記シングルモード光ファイバの温度変化、および歪変化から、前記シングルモード光ファイバの所定位置での血圧を演算して求める測定機、
前記測定機で演算した演算値を記憶するメモリ、
並びに前記メモリに記憶された演算値を基にして、所望の解析あるいは表示を行う解析/表示装置、
を備えた光ファイバ式生体診断用センサシステム。
The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device according to claim 1, which measures the distribution of temperature and pressure at a predetermined location of the measurement object,
The laser beam is emitted to the single mode optical fiber, the frequency change of the scattered light generated in the single mode optical fiber is continuously detected, and the temperature of the single mode optical fiber obtained from the detected frequency change of the scattered light is detected. A measuring device that calculates and calculates a blood pressure at a predetermined position of the single-mode optical fiber from a change and a strain change;
A memory for storing a calculated value calculated by the measuring machine;
And an analysis / display device for performing a desired analysis or display based on the operation value stored in the memory,
An optical fiber type biomedical sensor system.
前記測定機は、レイリー散乱光の周波数変化とブリルアン散乱光の周波数変化を検出することを特徴とする請求項に記載の光ファイバ式生体診断用センサシステム。 7. The optical fiber type biomedical sensor system according to claim 6 , wherein the measuring device detects a frequency change of Rayleigh scattered light and a frequency change of Brillouin scattered light. 前記血管挿入式分布圧力測定装置は、少なくとも2本のシングルモード光ファイバを備え、そのうちの1本は温度変化による歪を生じ、圧力を受圧しない構成とされたシングルモード光ファイバであり、かつ前記測定機は、レイリー散乱光の周波数変化を検出することを特徴とする請求項に記載の光ファイバ式生体診断用センサシステム。 The blood vessel insertion type distributed pressure measuring device includes at least two single mode optical fibers, one of which is a single mode optical fiber that is configured to generate strain due to temperature change and not receive pressure, and The optical fiber type biomedical sensor system according to claim 6 , wherein the measuring device detects a frequency change of Rayleigh scattered light. 前記シングルモード光ファイバは、終端に反射装置を持つことを特徴とする請求項に記載の光ファイバ式生体診断用センサシステム。 8. The optical fiber biodiagnostic sensor system according to claim 7 , wherein the single mode optical fiber has a reflection device at a terminal end. 腕部に巻き付け、心拍を感知する脈動感知ファイバを備え、この脈動感知ファイバにより心拍信号を検知するとともに、この検知された心拍信号と同期して前記散乱光の周波数変化を検出するタイミングを制御することを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の光ファイバ式生体診断用センサシステム。 A pulsation sensing fiber that wraps around the arm and senses the heartbeat is detected. The pulsation sensing fiber detects the heartbeat signal, and controls the timing of detecting the frequency change of the scattered light in synchronization with the detected heartbeat signal. The optical fiber type biodiagnostic sensor system according to any one of claims 6 to 9 .
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2490086B (en) * 2010-11-08 2015-04-08 Silixa Ltd Fibre optic monitoring installation, apparatus and method
GB201417836D0 (en) * 2014-10-08 2014-11-19 Optasense Holdings Ltd Fibre optic cable with transverse sensitivity
US10073006B2 (en) * 2016-04-15 2018-09-11 Viavi Solutions Inc. Brillouin and rayleigh distributed sensor
US11504064B2 (en) * 2016-07-28 2022-11-22 Evalve, Inc. Systems and methods for intra-procedural cardiac pressure monitoring
WO2018109728A1 (en) * 2016-12-16 2018-06-21 St. Jude Medical International Holding S.á r.l. Wireless force sensor
CN106859620B (en) * 2017-01-16 2019-06-18 清华大学 A kind of early warning system and early warning method of aneurysm rupture
GB201701595D0 (en) * 2017-01-31 2017-03-15 Optasense Holdings Ltd Cable for distributed sensing
CN110574092B (en) * 2017-05-02 2021-10-12 国立大学法人东北大学 Lumen organ model unit and method for manufacturing lumen organ model unit
KR102040598B1 (en) * 2018-05-16 2019-11-27 한국표준과학연구원 Fiber optic BOCDA sensor using phase code modulation of pump and probe light with time difference
JP7260188B2 (en) * 2018-07-26 2023-04-18 学校法人早稲田大学 Diagnosis support system for ischemic heart disease
CN109186825B (en) * 2018-08-10 2021-02-02 哈尔滨工业大学(深圳) An optical fiber macrobend pressure sensor and its measurement system
CN110958049B (en) * 2018-09-26 2022-04-01 海隆石油集团(上海)信息技术有限公司 Optical fiber fault point positioning device and method based on optical time domain reflectometer
WO2020129277A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-25 日本電信電話株式会社 Optical sensor probe and measurement method for blood flow rate, blood viscosity, and vascular elasticity using said optical sensor probe
CN109818248B (en) * 2019-01-28 2020-03-13 丹东中科智安光电科技有限责任公司 Mining intrinsic safety type DTS system, pulse light source, starting system and method of APD module
US11213213B2 (en) * 2019-03-26 2022-01-04 Kotl, Llc Systems and methods of combined optical coherence tomography and pressure measurement
CN109979738B (en) * 2019-04-16 2024-05-31 大连世有电力科技有限公司 Transformer temperature controller based on optical fiber temperature measurement
US11525670B2 (en) * 2019-11-25 2022-12-13 Bard Access Systems, Inc. Shape-sensing systems with filters and methods thereof
US11540776B2 (en) 2020-03-20 2023-01-03 Xenter, Inc. Catheter for imaging and measurement of pressure and other physiologic parameters
FR3111980B1 (en) * 2020-06-25 2022-07-01 Safran METHOD AND DEVICE FOR PHYSICAL MEASUREMENT OF ENVIRONMENTAL AND OPERATIONAL CONDITIONS
EP3957349A1 (en) 2020-08-19 2022-02-23 Biotronik AG Scoring balloon catheter with intrinsic fibre optic pressure and temperature measurement
US11549369B1 (en) * 2021-12-10 2023-01-10 Halliburton Energy Services, Inc. Measurement system with disposable fiber with strain coupling in lateral wells
CN114680831B (en) * 2022-03-22 2025-03-11 上海交通大学 FBG-based vascular stenosis sensing system
CN114983350B (en) * 2022-05-30 2025-03-11 上海交通大学 Bragg sensor and detection method for detecting narrowing of curved blood vessels in space
CN115177229B (en) * 2022-08-17 2024-08-30 合肥中纳医学仪器有限公司 Central venous pressure measuring method and system based on optical fiber sensor
CN118713749B (en) * 2024-07-15 2025-01-07 内蒙古电力(集团)有限责任公司阿拉善供电分公司 Communication main-standby optical fiber digital control switching method and system based on MEMS technology

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU580733B2 (en) 1983-05-25 1989-02-02 Camino Laboratories, Inc. Fiber-optic transducer apparatus
US5107847A (en) 1983-05-25 1992-04-28 Camino Laboratories Fiber-optic transducer apparatus
US5684297A (en) 1994-11-17 1997-11-04 Alcatel Cable Method of detecting and/or measuring physical magnitudes using a distributed sensor
GB9526588D0 (en) 1995-12-28 1996-02-28 British Aerospace Pressure measuring device
US6547787B1 (en) * 1997-03-13 2003-04-15 Biocardia, Inc. Drug delivery catheters that attach to tissue and methods for their use
JP2004170168A (en) 2002-11-19 2004-06-17 Ntt Advanced Technology Corp Strain sensor
US8009946B2 (en) 2008-01-22 2011-08-30 General Electric Company Fiberoptic patient health multi-parameter monitoring devices and system
WO2009143409A2 (en) 2008-05-23 2009-11-26 Martin Scientific, Llc Reliable downhole data transmission system
US8437832B2 (en) 2008-06-06 2013-05-07 Biosense Webster, Inc. Catheter with bendable tip
DE102008055952A1 (en) * 2008-09-04 2010-03-25 Pulsion Medical Systems Ag Optical measuring catheter for thermodilution measurement and pulse contour analysis
JP4759654B2 (en) * 2008-10-28 2011-08-31 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Medical equipment
RU2513120C2 (en) 2009-01-02 2014-04-20 МАРТИН САЙНТИФИК ЭлЭлСи Reliable system for transmitting data over wire conduit
JP5322162B2 (en) * 2009-03-13 2013-10-23 ニューブレクス株式会社 Distributed fiber optic pressure sensor
JP5819823B2 (en) 2009-07-14 2015-11-24 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション Device for measuring the flow and pressure inside a blood vessel and method of operating the device
US10610085B2 (en) 2009-10-23 2020-04-07 Koninklijke Philips N.V. Optical sensing-enabled interventional instruments for rapid distributed measurements of biophysical parameters
JP2011115550A (en) * 2009-10-26 2011-06-16 Olympus Corp Blood-pressure sensor system
US8870863B2 (en) * 2010-04-26 2014-10-28 Medtronic Ardian Luxembourg S.A.R.L. Catheter apparatuses, systems, and methods for renal neuromodulation
CN102162757B (en) 2010-12-02 2012-05-30 山东科技大学 A Fiber Bragg Grating Earth Pressure Sensor
WO2012122157A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Tidal Wave Technology, Inc. Radiofrequency ablation catheter device
US20140012251A1 (en) 2011-03-07 2014-01-09 Tidal Wave Technology, Inc. Ablation devices and methods
CN202255738U (en) * 2011-07-15 2012-05-30 武汉理工光科股份有限公司 Novel fiber grating temperature and pressure sensor
US20140243688A1 (en) 2011-10-28 2014-08-28 Three Rivers Cardiovascular Systems Inc. Fluid temperature and flow sensor apparatus and system for cardiovascular and other medical applications
US10463259B2 (en) 2011-10-28 2019-11-05 Three Rivers Cardiovascular Systems Inc. System and apparatus comprising a multi-sensor catheter for right heart and pulmonary artery catheterization
EP2887863B1 (en) * 2012-08-27 2019-11-27 Boston Scientific Scimed, Inc. Pressure-sensing medical device system
US20140180030A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Volcano Corporation Intravascular blood pressure and velocity wire
CN105378437B (en) * 2013-05-10 2017-07-21 公益财团法人地球环境产业技术研究机构 Fiber optic cables, the manufacture method of fiber optic cables and profile measurement system
CN106659394A (en) 2014-07-13 2017-05-10 三河城心血管系统有限公司 System and apparatus comprising multisensor guidewire for use in interventional cardiology

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